УЧЕНИТЕ ОПРИЛИЧАВАТ МИТОХОНДРИИТЕ НА БАТЕРИИТЕ НА TESLA

Ново изследване разкрива, че митохондриите, малките електроцентрали, които живеят в клетките и им дават енергия, работят по-скоро като батерия на Тесла, отколкото като батерия, която поставяте във фенерче.

Ново изследване преосмисля структурата на митохондриите, показана тук.

Освен червените кръвни клетки, всички клетки в човешкото тяло съдържат един или повече митохондрии, а някои съдържат хиляди. Тези вътрешни клетъчни структури, или органели, използват кислород, за да направят химически единици енергия за клетката.

Митохондриите са необичайни с това, че имат две мембрани: гладка отвън и набръчкана, сгъната отвътре.

Учените наричат гънките на вътрешната мембрана на митохондрия криста. Доскоро те вярваха, че целта на сгъването е да увеличи площта за производство на енергия.

Авторите на наскоро Вестник EMBO учебната статия разсее тази идея.

Вместо това те предполагат, че кристалите са по-скоро като независими батерии, работещи заедно в редица, подобно на батериите на Tesla, които захранват електрически автомобили.

Множество автономни батерии

Изследователите стигнаха до този извод, след като визуализираха производството на енергия в митохондриите с помощта на микроскопия с висока разделителна способност.

„Това, което изображенията ни казваха, беше, че всяка от тези кристи е електрически независима и функционира като автономна батерия“, казва старшият автор на изследването д-р Ориан С. Ширихай, професор по медицина по ендокринология и фармакология в Медицинския факултет на Дейвид Гефен в университета в Калифорния, Лос Анджелис.

„Една криста“, добавя той, „може да се повреди и да спре да функционира, докато другите поддържат мембранния си потенциал.“

Дълго време учените вярваха, че всяка митохондрия включва една единствена биоенергийна единица. Авторите се позовават на типични предишни експерименти, резултатите от които накараха изследователите да заключат, че „целият органел функционира като една електрохимична единица“.

Всъщност това, което д-р Ширихай можеше да види с традиционна микроскопия, изглежда потвърждава това. Наблюдението на клетките, функциониращи добре с няколко много дълги митохондрии, не предполага идеята за много малки батерии.

„Никой не беше гледал това преди, защото бяхме толкова затворени в този начин на мислене; предположението беше, че един митохондрий означава една батерия “, обяснява той.

Безпрецедентно изображение с висока разделителна способност

Разговорите с инженери, които проектират електрически превозни средства, накараха д-р Ширихай да осъзнае предимствата на масивите от много малки батерии вместо една голяма.

„[Ако] нещо се случи с една клетка [батерия], - отбелязва той, - системата може да продължи да работи и множество малки батерии могат да осигурят много голям ток, когато имате нужда от това.“

В зависимост от модела електрическите превозни средства на Tesla могат да имат до 7000 малки акумулаторни клетки. Те са под формата на решетка, която позволява на автомобила да се зарежда бързо и да се охлажда ефективно. Такова подреждане също доставя много мощ за ускорение.

За да разгледаме по-отблизо митохондриите, екипът „разработи нов подход за изобразяване на [вътрешната митохондриална мембрана] при висока пространствено-времева резолюция в живите клетки“. Досега учените не бяха виждали толкова висока разделителна способност.

С наскоро оптимизираната микроскопия с висока разделителна способност екипът може да визуализира разпределението на напрежението и производството на енергия в митохондриите.

Протеиновите клъстери действат като електрически изолатори

Изследователите видяха как протеиновите клъстери между кристата действат като електрически изолатори. Те вече знаеха, че без белтъчните клъстери митохондриите се разграждат по-лесно. Всъщност екипът също видя как митохондриите, в които липсват протеиновите клъстери, се държат по-скоро като една голяма батерия.

Авторите предполагат, че тези резултати от проучването увеличават разбирането не само за това как действат митохондриите, но и за това как органелите допринасят за заболявания, стареене и дори медицински усложнения.

Експертите свързват редица медицински усложнения - като нараняване с исхемия и реперфузия - със сериозното нарушаване на кристите в митохондриите.

Д-р Ширихай размишлява: „Експертите по батерии, с които първоначално бях говорил, бяха много развълнувани да чуят, че са прави.“

Учените смятат, че митохондриите са еволюирали от древна колаборация, възникнала, когато клетки с ядра са погълнали зависими от кислорода прости клетки, на които липсва ядро. В замяна на защита, вътрешната клетка, или органела, осигурява на своя гостоприемник енергия.